廣西沿海鐵路軌道控制網(CPⅢ)靜態驗收技術方案設計

周　昊

(南寧鐵路局建設管理處，廣西南寧　530029)

1　概述

廣西沿海鐵路是我國沿海鐵路的重要組成部分，是廣西乃至西南地區出海大通道的主要鐵路運輸通道，北部灣城市最主要的交通大動脈，中國—東盟國際鐵路通道的重要組成部分，包括三部分：南欽鐵路、欽防鐵路、欽北鐵路，速度目標值250 km/h。南欽線正線全長約98 km，欽北線99 km，欽防線僅有62 km。北部灣4市將進入同城時代，融入1小時經濟圈。

高速鐵路軌道控制網(簡稱CPⅢ控制網)是沿鐵路線路布設的三維控制網，其平面網起閉于基礎平面控制網(CPⅠ)或線路控制網(CPⅡ)，其高程網起閉于線路水準基點。CPⅢ控制網一般在線下工程施工完成和沉降評估通過后進行施測，是高速鐵路施工期間無砟軌道板精調、軌道精調和高速鐵路運營期間軌道維護的測量控制基準，高鐵通車運營后變形監控的基準網，稱之為精密測量網的重中之重。CPⅢ控制網的控制點布設密度為：沿鐵路線兩側路肩上，縱向約60 m布設一對CPⅢ點，點對橫向間距為10～20 m。CPⅢ控制網具有網點數量眾多、外業觀測數據量大、相對精度要求高和觀測方法及控制點標志特殊等特點。

靜態驗收是對建設項目按設計完成且質量合格、設備安裝調試完畢且質量合格而進行檢查確認的過程。靜態驗收涉及工務、通信、信號、房建、軌道控制網(CPⅢ)、環保等相關專業。南寧鐵路局組織的靜態驗收工作組將采用內業檢查、外業檢查和重點抽查相結合的方式，根據驗收及開通計劃安排，組織建設、設計、施工、監理和設備管理單位相關人員，徒步對全線各項工程逐個進行檢查評定，對檢查中發現的問題進行梳理，形成問題庫并制定整改措施，明確責任單位、責任人和整改時間，確保驗收和問題整改后的復驗效果。本文重點對軌道控制網(CPⅢ)的靜態驗收標準進行技術方案的設計。

2　軌道控制網(CPⅢ)技術方案設計

2.1　CPⅢ坐標系統設計及起算數據

CPⅢ分為平面坐標系和高程坐標系。平面坐標系統采用中鐵二院提供的精測網CPI和CPⅡ成果坐標系統，該系統為工程獨立坐標系，參考橢球為北京54橢球體參數，分為若干個投影帶，高程基準采用1985國家高程基準。CPⅢ的起算數據一般采用CPⅡ加密成果和二等水準加密成果作為起算數據。CPⅡ加密和二等水準加密按照相關測量標準進行布點、埋標、觀測和平差計算。

2.2　CPⅢ點布設

路基段CPⅢ網點成對布設在路基上設置的專用控制點樁上，專用控制點樁必須具有穩定的基礎。專用控制點樁基礎可利用接觸網桿的擴大基礎，即沿線路縱向靠近線路中線位置將接觸網桿基礎擴大30 cm，擴大基礎寬度30 cm，埋深不小于50 cm。為保證CPⅢ點的穩定性，擴大基礎應與接觸網基礎同時澆筑，實施方案如圖1所示。

圖1　路基段CPⅢ控制點樁在接觸網桿擴大基礎上埋設示意(單位：mm)

專用控制點樁基礎采用獨立基礎時，選擇便于觀察的位置進行澆筑，基礎規格30 cm×30 cm，埋深至筏板基礎上。專用控制點樁高0.6 m，直徑20 cm，在施工時應加4根直徑為6 mm的鋼筋。CPⅢ預埋件應埋設至圓柱頂部盡量靠線路方向的位置(避免后期側面立上電氣化桿后被遮擋)，加蓋防水皮套，澆筑接觸網桿基礎時連同CPⅢ點基礎一起澆筑，以保證CPⅢ點的穩定性(如圖2所示)。橋梁段CPⅢ點成對布設在墩臺頂部橋梁固定支座端正上方的防撞墻頂中部，偏差不應大于0.1 m，如圖3所示。

圖2　路基段專用控制點樁上的CPⅢ點示意

圖3　橋梁段CPⅢ點的布設

(1)簡支梁部分

對于24 m或32 m簡支梁，每2孔布設一對CPⅢ點，相鄰兩對CPⅢ點間距約為64 m(32+32) m、56 m(32+24) m或48 m(24+24) m。對于連續24 m簡支梁，根據實際情況也可每三孔布設一對CPⅢ點。

(2)普通連續梁

對于連續梁，CPⅢ應優先布設于固定端上方。對于跨度超過80 m的連續梁，應在跨中50～80 m間距盡量均勻布設一對或幾對CPⅢ點，對跨中的CPⅢ點使用或復測時，盡可能保證與施測的外部環境相同，使用前應對整個連續梁段進行復核。

(3)大跨連續梁和特殊結構

結合梁跨結構形式、跨度、材料的不同，按CPⅢ點的布設要求和間距進行布點，可適當增大相鄰點對間距，但最長不超過90 m。整個段落要在較短的同一段時間、同一溫度、環境下進行測量。測量CPⅢ的時間和鋪板的時間盡量相隔時間要短，且荷載沒有大的變化。如果相隔時間較長或溫度、環境、荷載有較大的變化，要進行重新復測后使用。鋪板的時間段要和測量CPⅢ的時間、溫度、環境一致，應盡量在夜間或陰天溫度變化較小的時間段內進行。

隧道段CPⅢ點成對布設在電纜槽頂面以上30 cm的邊墻內襯上，隧道段相鄰兩對CPⅢ點縱向距離約60 m。隧道段CPⅢ點布設具體位置如圖4所示。既有車站內貫通線一般埋設在站臺廊檐上，測量標志橫向埋設。

圖4　隧道段CPⅢ點的布設(單位：m)

2.3　CPⅢ平面外業觀測及精度要求

CPⅢ控制網采用自由測站邊角交會的方法測量，每個自由測站觀測12個CPⅢ點。自由測站間距一般約為120 m，觀測CPⅢ點的最遠距離不應大于180 m，每個CPⅢ點至少應保證有三個自由測站的方向和距離觀測量，具體測量方法如圖5所示。

圖5　CPⅢ網平面測量網形示意

CPⅢ網平面測量水平方向應采用全圓方向觀測法進行觀測。水平方向觀測應滿足表1的規定。CPⅢ網平面測量距離觀測采用多測回距離觀測法，應滿足表2的規定。邊長觀測應實時在全站儀中輸入溫度和氣壓進行氣象元素改正，溫度讀數精確至0.2℃，氣壓讀數精確至0.5 hPa。CPⅢ網平面測量應在氣象條件相對比較穩定的天氣(溫差變化較小，濕度較小)下進行，盡量選擇無風的陰天或夜晚無風的時段施測。應完全避開日出、日落、日中天前后1 h的時段觀測，夜間觀測應注意避開強光源對觀測的影響。CPⅢ網平面測量可根據施工需要分段測量，分段測量的區段長度不宜小于4 km，區段間觀測不應少于6對重疊的CPⅢ點。區段接頭不應位于車站、道岔或連續梁范圍內。

表1　CPⅢ網平面測量水平方向觀測技術要求

表2　CPⅢ平面網距離觀測技術要求

2.4　CPⅢ高程外業觀測及精度要求

CPⅢ高程控制網水準路線采用如圖6所示的矩形法水準路線形式，每相鄰的兩對CPⅢ點之間都構成一個閉合環。CPⅢ高程控制點與平面控制點共樁，在進行棱鏡中心高程的水準測量時，只需直接將水準測量桿件插入套筒內即可測量。通過減去水準桿件球形的半徑值即可方便地獲得棱鏡中心的精確高程。CPⅢ控制點高程限差要求如表3所示。精密水準測量水準路線的精度要求如表4所示。精密水準觀測測站的主要技術要求如表5所示

表3　CPⅢ控制點高程限差要求

表4　精密水準測量水準路線的精度要求　mm

表5　精密水準觀測測站的技術要求

圖6　矩形法CPⅢ高程網測量原理示意

3　CPⅢ的平差及精度要求

CPⅢ平面控制網數據計算和平差處理，應采用鐵道部主管部門評審合格的軟件，而且全線CPⅢ平面網平差計算的軟件應統一，數據處理軟件應與全站儀數據采集接口兼容。廣西沿海鐵路采用鐵四院CPⅢ DAS軟件進行CPⅢ網數據處理和平差計算。CPⅢ控制網平面測量完成后，先采用獨立自由網平差，再采用復測合格的CPⅠ、CPⅡ點或CPⅡ加密點成果進行固定約束平差。為保證每次設站測量過程中，所有棱鏡都安插到同樣的位置，可根據相鄰測站與任意一對CPⅢ控制點組成的閉合環的閉合差進行檢核，檢核精度應滿足表6的要求。CPⅢ控制網平面測量自由網平差時，按表7的規定對各項技術指標進行統計分析，檢核控制網自由網平差的精度。CPⅢ平面控制網自由平差滿足表8的要求后，才能進行平面網約束平差。按規定對各項技術指標進行統計分析，檢核控制網約束平差的精度。

表6　CPⅢ平面網橫向閉合差檢核限差

表7　CPⅢ平面網自由網平差后的主要技術要求

表8　CPⅢ平面網約束網平差后的主要技術要求

4　靜態驗收數據抽樣檢查分析

本次采樣數據里程范圍為：DK037+000～DK048+495段(施工里程)，全長約11.5 km。本測段中央子午線為108°30′00″，投影面大地高為150 m，高程系統采用1985國家高程基準。對該測段數據進行精度分析，得出如下結果：CPⅢ平面控制網的觀測數據滿足各項精度指標，通過平差計算各改正數均在規定值范圍內，獨立平差后與前一區段重疊點坐標較差最大值為2.3 mm，約束前一區段部分重疊CPⅢ點平差后，未約束的公共點在該區段與后一區段的坐標差值最大為0.8 mm。點間相對點位精度最大為0.50 mm，最小為0.23 mm，平均為0.34 mm(見圖7)。高程控制網中相鄰CPⅢ點高差中誤差均小于0.5 mm(見圖8)。高程控制網中環閉合差及附和線路閉合差滿足規范要求。以上指標均小于《高速鐵路工程測量規范》(TB10601—2009)要求。

圖7　CPⅢ平面網點位精度分析

圖8　CPⅢ高程網平差高差中誤差分析

5　結束語

廣西沿海鐵路軌道控制網(CPⅢ)建設是高鐵精測網建設一項重要組成部分，在本次CPⅢ驗收設計方案工作中，所設計的測量技術方案科學、合理、實用，從前面采用數據所有限差指標來看，各項精度都達到了預期的精度要求，本次技術方案設計合理可行，可以作為靜態驗收設計標準之一。

[1]TB10601—2009高速鐵路工程測量規范[S]

[2]GB/T 12897—2006國家一、二等水準測量規范[S]

[3]GB/T18314—2001全球定位系統(GPS)測量規范[S]

[4]鐵建設[2009]20號關于進一步規范鐵路工程測量控制網管理工作的通知[Z]